https://kinematika.ulm.ac.id/index.php/kinematika

## PERANCANGAN DAN PEMBUATAN UNDERSHOT WATERWHEEL SEBAGAI PENGGERAK SPIRAL PUMP UNTUK IRIGASI PERTANIAN

## DESIGN AND MANUFACTURE OF UNDERSHOT WATERWHEEL AS A SPIRAL PUMP DRIVEN FOR AGRICULTURAL IRRIGATION
Rochmad Eko P.U. 1) , Agung Fauzi Hanafi 2)* , I. G. N. A. Satria Prasetya D.Y. 3) , Enggar Priyadi 4) 1,3 Teknik Manufaktur Kapal , Politeknik Negeri Banyuwangi, Banyuwangi, Indosenia
2,4 Teknologi Rekayasa Manufaktur , Politeknik Negeri Banyuwangi, Banyuwangi, Indosenia email: rochmad@poliwangi.ac.id 1) , agung@poliwangi.ac.id 2) *, agungsatris@poliwangi.ac.id 3) enggarpriyadi123@gmail.com 4)
Received:
30 Januari 2023 Accepted: 28 Juni 2023
Published:
30 Juni 2023

## Abstrak
Kurangnya air menjadi salah satu permasalahan pada sektor pertanian.  Sawah menjadi sulit untuk dialairi air karena lokasi yang berada diatas sumber air. Hal ini  menyebabkan  proses  irigasi  pada  sawah  terhambat.  Saat  musim  kemarau, petani  terpaksa  harus  memompa  air  menggunakan  mesin  pompa  air.  Oleh karena  itu,  dibutuhkan  sebuah  pompa  air  yang  lebih  ekonomis  salah  satunya ialah spiral pump yang digerakkan oleh undershot waterwheel . Perancangan ini bertujuan untuk memperoleh desain water wheel yang sesuai dengan kebutuhan dan kondisi  lingkungan. Hasil perancangan undershot waterwheel didapatkan ukuran  diameter  1  m,  lebar  1,  15  m,  dan  luas  sudu  0,459  m 2 .  Rangka  kincir dibuat dari bahan besi beton polos diameter 8 mm, sudu kincir dibuat dengan bahan plat galvanis tebal 0, 4 mm, penyangga kincir dibuat dengan bahan besi siku ukuran 4 x 4 cm, sedangkan poros kincir terbuat dari bahan pipa galvanis dengan  ukuran  diameter  luar  33,  8  mm  dan  tebal  3,  2  mm.  Berdasarkan pengamatan yang dilakukan, diperoleh putaran kincir 15, 2 rpm, torsi 9, 5 Nm, daya kincir 15, 11 watt, dan efisiensi undershot waterwheel sebesar 16, 54 %. Kata Kunci: Undershot Waterwheel , Spiral Pump dan irigasi pertanian

## Abstract
Lack of water is one of the problems in the agricultural sector. The location of the farm which is located above the water source causes difficulties in flowing the rice field area. During the dry season, farmers are forced to lift water using a water pump. Therefore, a more economical water pump is needed, one of that is a spiral pump which is driven by an undershot waterwheel. The results of the undershot waterwheel design obtained a diameter of 1 m, a width of 1.15 m, and a blade area of 0.459 m2. The frame of the wheel is made of plain concrete iron with  a  diameter  of  8  mm,  the  blade  of  the  wheel  is  made  of  0.4  mm  thick galvanized plate, the support for the pinwheel is made of angled iron with a size of 4 x 4 cm, while the shaft of the pinwheel is made of galvanized pipe with an outer diameter of 33.8 mm and 3.2 mm thick. From the test results, the wheel
https://kinematika.ulm.ac.id/index.php/kinematika
rotation  is  15.2  rpm,  torque  is  9.5  Nm,  wheel  power  is  15.11  watts,  and  the undershot waterwheel efficiency is 16.54%.
Keywords: undershot waterwheel, spiral pump, and agricultural irrigation
DOI:10.20527/sjmekinematika.v8i1.242
How to cite : Utomo, R. E. P., Hanafi, A. F., & Prasteya D.Y., I. G. N. A. S., “Perancangan dan Pembuatan Undershot  Waterwheel Sebagai  Penggerak Spiral  Pump untuk  Irigasi  Pertanian”. Scientific  Journal  of Mechanical Engineering Kinematika, 8 (1), 13- 24, 2023.

## PENDAHULUAN
Salah satu permasalahan yang mendasar pada sektor pertanian adalah ketersediaan air. Air terbatas dalam jumlah, waktu, ruang dan letak sumber air yang lebih rendah dari lahan pertanian. Sektor pertanian dan konsumsi masyarakat membutuhkan air dalam jumlah besar, baik yang berasal dari sumber air permukaan maupun air tanah. Terkait tingginya kebutuhan air  tersebut,  pemanfaatan  teknologi  yang  mampu  mengangkat  dan  mengalirkan  air  dari sumbernya ke lahan-lahan pertanian serta hunian penduduk sangat dibutuhkan. Penggunaan pompa air yang digerakkan dengan tenaga listrik menjadi pilihan utama saat ini. Sementara itu,  energi  listrik  ini  memiliki  kelemahan  yaitu  biaya  operasional  cukup  besar  dan  tidak semua tempat terdistribusi listrik[1-3].
Terdapat  beberapa  lokasi  pertanian  di  Kabupaten  Banyuwangi  yang  berada  di  atas sumber air. Secara alami, hal ini menyebabkan air sulit untuk mengalir menuju ke sawah. Kurangnya pasokan air akan mempengaruhi lahan pertanian, terutama pada musim kemarau. sehingga para pelaku pertanian menggunakan pompa untuk mengangkut air ke sawahnya. Karena  air  diangkat  oleh  pompa  yang  ditenagai  oleh  listrik,  maka  menyalakan  pompa membutuhkan  listrik.  Generator  umumnya  digunakan  untuk  menghasilkan  listrik.  Bahan bakar seperti bensin atau solar juga dibutuhkan untuk manyalakan genset tersebut. Secara alami, hal ini membutuhkan biaya yang relatif mahal.
Karena sejumlah keuntungan  yang ditawarkan, termasuk fakta bahwa  pompa spiral tidak memerlukan energi listrik untuk beroperasi, pompa spiral dianggap mampu mengatasi masalah ini. Selain itu, pompa spiral tidak memerlukan biaya yang mahal. Selama ada air yang mengalir melewatinya, pompa spiral dapat beroperasi terus menerus. Perawatan pompa yang relatif sederhana ini merupakan keunggulan lainnya. Tekanan rotasi udara dan air di dalam  pompa  adalah  prinsip  dasar  pompa  spiral[4].  Agar  pompa  spiral  dapat  beroperasi, kincir air harus berfungsi sebagai motor utama. Karena mempengaruhi keluaran air pompa spiral, kincir air merupakan komponen yang sangat penting. Jenis kincir air undershot akan digunakan karena mudah perawatan dan pembuatannya sehingga lebih mudah dipahami oleh masyarakat.
Penelitian tentang undershot waterwheel telah banyak dilakukan, diantaranya: Adanta dkk. melakukan penelitian tentang pengaruh jumlah sudu pada kincir air undershot dengan variasi kecepatan aliran air. Berdasarkan hasil simulasi menggunakan 8 sudu dan kecepatan masuk 1 m/s menghasilkan efisiensi 45,58% dan 5 m/s menghasilkan efisiensi 13,84%, yang merupakan efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan variasi lainnya (jumlah sudu 6, 7, 9, dan 10 dan u = 3 m/s)[5]. Rahman melakukan penelitian tentang pengaruh debit air terhadap kinerja kincir air. Berdasarkan hasil penelitian, debit air sangat mempengaruhi kinerja dari pada  kincir,  apabila  debit  aliran  air  besar,  maka  daya  dan  efisiensi  yang  dihasilkan  juga besar, apabila debit aliran air kecil, maka  daya dan efisiensi yang di hasilkan juga akan kecil.  Zhao  dkk.  melakukan penelitian  yang  bertujuan  untuk  mempelajari  pengaruh perbedaan  kedalaman  perendaman  terhadap  kinerja  kincir  air  dan  karakteristik  aliran menggunakan simulasi numerik. Hasil menunjukkan bahwa rasio radius terbenam 82,76%, roda  menunjukkan  kinerja  terbaik,  mencapai efisiensi  maksimum  18,05%  pada tip-speed ratio (TSR) 0,1984[1].
https://kinematika.ulm.ac.id/index.php/kinematika
Penelitian  –  penelitian  sebelumnya  telah  memaparkan  beberapa  metode  untuk meningkatkan  kinerja undershot  waterwheel seperti  memvariasikan  jumlah  sudu  dan kedalaman  terendam  kincir[6].  Namun,  hingga  saat  ini  masih  sedikit  referensi  yang berkaitan dengan perancangan dimensi undershot waterwheel . Oleh sebab itu, Proyek Akhir ini  dilakukan  untuk  merancang  dimensi undershot  waterwheel yang  optimal  untuk menggerakkan spiral pump .

## METODE PENELITIAN
Desain Alat
Spiral  waterwheel  pump memiliki  komponen  seperti:  sudu  ( blade ),  bantalan ( bearing) , p ressure gauge, rotary seal , selang spiral , penyangga kincir, poros kincir, rangka kincir. Desain alat dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1 . Desain Spiral Waterwheel Pump

## Skema Cara Kerja Alat
Gambar 2 menggambarkan diagram ketinggian dan jarak yang diharapkan dari Pompa Kincir Air Spiral untuk irigasi pertanian.
Gambar 2. Skema Spiral Waterwheel Pump
Ketika  aliran  air  mengenai  dinding  bilah  di  bagian  bawah  kincir  air,  hal  tersebut menghasilkan  energi  kinetik  yang  menggerakkan  kincir  air.  Roda  akan  berputar  saat  air
https://kinematika.ulm.ac.id/index.php/kinematika
mengenai  bilahnya.  Pompa  spiral  digerakkan  oleh  putaran  kincir  air  ini. Waterscoop menarik air ke dalam selang saat pompa spiral berputar. Saat spiral pump tidak dalam posisi mengambil air (posisi waterscoop berada di bawah dan terendam air), udara akan masuk ke dalam  selang  saat  berputar.  Selang  akan  mengembangkan  kolom  air  sebagai  hasilnya. Kolom air ini berjalan di sepanjang selang, kemudian mengalir ke poros pompa baja galvanis dengan melewati katup tussen, atau katup satu arah, yang mencegah air mengalir balik di selang dan pipa baja[7].
Pada  skema  tersebut  dijelaskan  bahwa  jarak Spiral  Waterwheel  Pump menuju area persawahan adalah 30 meter dengan ketinggian vertikal 10 meter dan kemiringan 60 o . Aliran sungai yang digunakan sebagai tempat pengujian memiliki lebar 10 meter dan kedalaman 0,5  meter.  Percobaan  dan  pengujian  nantinya  akan  dilakukan  setelah Spiral  Waterwheel Pump telah dibuat.

## Alat dan Bahan
Alat yang digunakan untuk pembuatan undershot waterwheel adalah gergaji besi, bor tangan,  meteran,  peralatan  las,  kunci  pas,  gerinda  dan  APD  (alat  pelindung  diri).  Bahan yang  digunakan  untuk pembuatan undershot waterwheel adalah, besi siku ukuran 4 x 4 cm, besi beton polos diameter 8 mm, besi pipa tebal 3,2 mm, plat galvanis tebal 0,4 mm, besi plat tebal 5 mm, mur baut, cat besi, plain bearing.

## Waktu dan Tempat
Proyek  Akhir  ini  dilaksanakan  selama  5  bulan  pada  semester  6  dengan  target pembuatan  alat  dan  pembuatan  laporan.  Dalam  proses  pembuatan  alat  ini  membutuhkan waktu yang cukup lama karena diperlukan perhitungan yang cukup rumit agar mendapatkan kerja alat secara maksimal sesuai dengan kebutuhan. Tempat untuk pembuatan dan perakitan alat berada di Politeknik Negeri Banyuwangi, sedangkan pengujian alat dilakukan di aliran sungai Sasak Tambong Desa Pakistaji, Kecamatan Kabat, Kabupaten Banyuwangi.

## Metodologi Pelaksanaan
Beberapa metodologi pelaksanaan Proyek Akhir ini sebagai berikut:
1. Pencarian Data
Pencarian  data  wajib  dilakukan  terlebih dahulu  karena  sebagai  acuan  dalam  proses perancangan. Pencarian data ini meliputi identifikasi masalah, studi literatur, studi lapang, dan pembuatan konsep alat.
2. Proses Perancangan
Proses  perancangan  harus  dilakukan  dengan  teliti  dan  perhitungan  yang  matang supaya  alat  dapat  berfungi  secara  maksimal.  Beberapa  proses  perancangan  adalah perancangan  diameter  kincir,  perancangan  luas  sudu,  perancangan  lebar  kincir,  dan perancangan poros kincir.
3. Proses Pembuatan
Proses  pembuatan  dilakukan  setelah  proses  perancangan  selesai.  Pembuatan komponen – komponen alat ini dilakukan sesuai dengan desain yang telah dibuat. Beberapa proses  perancangan  adalah  pembuatan  rangka  kincir,  pembuatan  sudu  kincir,  pembuatan poros, dan pembuatan penyangga kincir.
4. Proses Perakitan ( Assembly )
Proses  perakitan  dilakukan  setelah  proses  pembuatan  komponen  –  komponen  alat selesai.  Beberapa  proses  perakitan  adalah  pemasangan  rangka  kincir,  pemasangan  poros pada  bantalan,  pemasangan  sudu  pada  rangka  kincir,  dan  pemasangan  kincir  pada penyangga.
https://kinematika.ulm.ac.id/index.php/kinematika

## 5. Pengujian Alat
Pengujian  alat  ini  dilakukan  untuk  mengetahui  kinerja  dari undershot  waterwheel sebagai penggerak spiral pump untuk irigasi pertanian sudah berfungsi secara maksimal atau belum.
6. Penyempurnaan Alat
Penyempurnaan  alat  ini  dilakukan  apabila  dalam  proses  pengujian  alat  terdapat masalah atau kekurangan dalam kinerja alat yang mengakibatkan alat tidak berfungsi secara maksimal sesuai yang diinginkan.

## HASIL DAN PEMBAHASAN Pengukuran Kecepatan Aliran Sungai
Pengukuran  kecepatan  aliran  sungai  digunakan  sebagai  acuan  dalam  merancang dimensi kincir. Pengukuran ini dilakukan saat survei lokasi dengan beberapa perlengkapan, diantaranya stopwatch untuk  mengukur  waktu,  meteran  untuk  mengukur  jarak  dan pelampung yang  akan  dihanyutkan  berdasarkan  jarak  yang  telah  ditentukan  untuk mengetahui kecepatan aliran sungai.  Proses  pengukuran  waktu  dilakukan  sepuluh  kali dengan panjang lintasan 3 meter dan rata-rata kedalaman sungai 0,5 meter.  Data yang dihasilkan dari pengukuran tersebut dapat dilihat pada Tabel 1 .
Tabel 1. Hasil Pengukuran Waktu No Hasil Pengukuran 1 4,15 detik 2 4,05 detik 3 4,17 detik 4 4,12 detik 5 4,17 detik 6 4,08 detik 7 4,09 detik 8 4,12 detik 9 4,14 detik 10 4,00 detik
Hasil  pengukuran  diambil  rata-rata  dan  didapatkan  waktu  4,109  detik,  sehingga kecepatan aliran sungai dapat dihitung sebagai berikut:
𝑣 = 𝑙/𝑡
(1)
𝑣 = 3 4,109 𝑣 = 0,73 𝑚/𝑠
Keterangan v = kecepatan aliran (m/s), l = jarak ukur (m), t = waktu (detik). Sehingga diperoleh hasil kecepatan aliran sungai adalah 0,73 m/s.

## Perancangan Diameter Kincir
Perancangan  diameter  kincir  disesuaikan  dengan  kedalaman  sungai.  Hasil  survey lokasi didapatkan kedalaman sungai 0,5 m, sedangkan jarak bilah kincir dari dasar sungai adalah 0,1 m. Menurut Zhao [1] Immersed radius ratio 82,76 % menunjukkan kinerja terbaik, sehingga diameter kincir dapat dihitung menggunakan  persamaan berikut:
SJME KINEMATIKA Vol.8 No.1, 30 Juni 2023, pp 13-24 https://kinematika.ulm.ac.id/index.php/kinematika
𝑟 = ℎ 𝑖𝑚𝑚𝑒𝑟𝑠𝑒𝑑 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑢𝑠 𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜 ⁄ (2)
𝑟 =   0,4 𝑚 82,76 % ⁄ 𝑟 = 0,48 m Keterangan h = Kedalaman terendam kincir (m), r = Jari – jari kincir (m), mmersed radius ratio = 82,76 %. Diperoleh Jari-jari kincir sebesar 0,48 m, sehingga diameter kincir yang direncanakan adalah sebesar 1 m.

## Perencanaan Putaran Kincir
Besarnya  putaran  kincir  dipengaruhi  oleh  jari-jari  kincir  dan  kecepatan  aliran  air. Perencanaan putaran kincir ini digunakan untuk menentukan target daya output kincir pada perhitungan spiral  pump [8].  Sebelum  menentukan  putaran  kincir,  terlebih  dahulu menghitung besarnya kecepatan sudut menggunakan persamaan berikut:
𝜔 𝑥 𝑅 = 𝑐 𝑥 𝑣
(3)
𝜔 =   𝑐 𝑥 𝑣 𝑅 ⁄ 𝜔 =   0,2 𝑥 0,73 0,48 ⁄ 𝜔 = 0,302 𝑟𝑎𝑑/𝑠
Keterangan v = kecepatan aliran air (m/s), ω = kecepatan sudut (rad/s), R = jari-jari kincir (m) dan c = tip-speed ratio.
Setelah  kecepatan  sudut  sudah  diketahui,  putaran  rencana  kincir  dapat  dihitung menggunakan persamaan berikut:
ω = 2.𝜋.𝑛 60 (4)
0,302 = 2.𝜋.𝑛 60 n = 2,88 rpm
Keterangan ω = kecepatan sudut (rad/s), n = putaran (rpm), Jadi, besarnya putaran rencana kincir adalah 2,88 rpm.

## Perancangan Luas Sudu
Perancangan luas sudu dipengaruhi oleh daya output kincir dan kecepatan aliran air sungai. Target daya output kincir diperoleh dari perhitungan spiral pump sebesar 22,9 watt, sedangkan  kecepatan  aliran  sungai  diperoleh  dari  hasil  pengukuran  saat  survei  lokasi. Penelitian yang dilakukan oleh Zhao menunjukkan kinerja terbaik kincir mencapai efisiensi maksimum 18,05 % pada tip-speed ratio 0,2[1]. Sehingga, luas sudu dapat dihitung dengan persamaan berikut:
𝑃 𝑜𝑢𝑡 =  𝜌 𝑥 𝐴 𝑥 𝑣 3 𝑥 𝐶(1 − 𝐶) 2 (5)
22,9 = 1000 𝑥 𝐴 𝑥 0,73 3 𝑥 0,2 (1 − 0,2) 2
𝐴 =   22,9 1000 𝑥 0,73 3 𝑥 0,2 (1 − 0,2) 2 ⁄ 𝐴 = 0,459 𝑚 2
Keterangan P out = Daya output kincir atau Daya kincir (Watt), ρ = massa jenis air (1000 kg/ 𝑚 3 ), A = luas permukaan sudu (m 2 ), v = kecepatan aliran air (m/s), c = tip-speed ratio. Sehingga diperoleh luas sudu yang dibuat sebesar 0,459 m 2 .

## Perancangan Lebar Kincir
Perancangan  lebar  kincir  dipengaruhi  oleh  luas  sudu  dan  tinggi  sudu.  Lebar  kincir memiliki  nilai  yang  sama  dengan  lebar  sudu,  sedangkan  tinggi  sudu  diasumsikan  sama dengan  kedalaman  terendam  kincir[9].  Sehingga,  lebar  kincir  dapat  ditentukan  dengan persamaan berikut:
https://kinematika.ulm.ac.id/index.php/kinematika
𝑤 = 𝐴 ℎ ⁄ (6)
𝑤 =   0,459 0,4
⁄ 𝑤 = 1,149 𝑚 Keterangan A = luas permukaan sudu (m 2 ), h = tinggi sudu (m), w = lebar sudu (m). Sehingga ditentukan lebar kincir yang dibuat adalah 1,15 m.

## Perancangan Poros Kincir
Jenis poros yang digunakan adalah hollow shaft karena berfungsi untuk saluran air. Sebelum menentukan diameter luar poros, terdapat beberapa hal yang harus dihitung terlebih dahulu seperti berikut:
1. Menghitung Gaya Kincir
Perhitungan gaya kincir adalah sebagai berikut:
F = ρ . A . 𝑣 2 (1 – c) 2 (7) F = 1000 . 0,459 . 0,73 2 . (1 – 0,2) 2
F = 156,849 N Keterangan F = Gaya (N), ρ = massa jenis air (1000 kg/ 𝑚 3 ), A = luas permukaan sudu (m 2 ), v = kecepatan aliran air (m/s), c = tip-speed ratio . Jadi, gaya yang dihasilkan kincir sebesar 156,849 N.
2. Menghitung Torsi
Perhitungan torsi kincir adalah sebagai berikut:
T = F x r (8)
T = 156,849 x 480 T = 75809,2388 Nmm
Keterangan T = Torsi kincir (Nmm), F = Gaya (N), r = Jari-jari kincir (mm). Jadi, torsi yang dihasilkan kincir adalah sebesar 75809,2388 Nmm.

## 3. Menghitung Momen Lentur
Terdapat beberapa tahapan untuk menentukan momen lentur yang terjadi pada poros. Langkah pertama adalah menggambar diagram benda bebas seperti pada Gambar 3.

## Gambar 3. Diagram Benda Bebas
Langkah kedua adalah menentukan reaksi di titik tumpuan A dan D. ƩM D = 0
(9)
(R A . 1250 mm) – (147 N . 1150 mm) – (176 N . 150 mm) = 0 R A = 156,36 N
ƩM A = 0 (-R D . 1250 mm) + (176 N . 1100 mm) + (147 N . 100 mm) = 0
https://kinematika.ulm.ac.id/index.php/kinematika

## R D = 166,64 N
Langkah ketiga adalah menentukan besarnya momen lentur di titik B dan C. M A = 0, M D = 0
M B = R A . 100 mm M B = 156,36 N . 100 mm M B = 15636 Nmm
M B = (R D . 1150 mm) – (R C . 1000 mm)
M B = (166,64 N . 1150 mm) – (176 N . 1000 mm) M B = 15636 Nmm
M C = R D . 150 mm M C = 166,64 N .
150 mm M C = 24996 Nmm
M C = (R A . 1100 mm – R B . 1000 mm)
M C = (156,36 N . 1100 mm – 147 N . 1000 mm)
M C = 24996 Nmm Jadi, momen lentur terbesar terletak pada titik C yaitu sebesar 24996 N.
4. Menghitung Tegangan Geser Perhitungan tegangan geser adalah sebagai berikut: τ max = 0,5 x S y / N (10)
τ max = 0,5 x 180 / 4 τ max = 22,5 N/mm 2
Keterangan τ max = tegangan geser maksimum (N/mm 2 ), S y = kekuatan luluh (N/mm 2 ), N = faktor keamanan. Jadi, tegangan geser poros kincir sebesar 22,5 N/mm 2 .
5. Menghitung diameter poros kincir Setelah beberapa perhitungan telah dilakukan, diameter poros dapat dihitung menggunakan rumus berikut:
√𝑀² + 𝑇² = 𝜋 16 x τ (d o ) 3 (1 – k 4 ) (11)
√24996² + 75809,2388 ² = 𝜋 16 x 22,5 (d o ) 3 (1 – 0,8 4 ) d o = 31,284 mm
Keterangan T = torsi (Nmm), M = momen lentur (Nmm), τ = tegangan geser (N/mm 2 ), d o = diameter luar (mm), d i = diameter dalam (mm), k = rasio diameter dalam dan diameter luar dari poros (d i /d o ). Jadi, diameter luar poros kincir yang digunakan adalah 33,8 mm.

## Pembuatan Spiral Waterwheel Pump
Proses  pembuatan  dilakukan  setelah  proses  perancangan  selesai.  Adapun  proses pembuatan yang dilakukan adalah sebagai berikut:
1. Pembuatan rangka kincir
Rangka kincir terdiri dari beberapa komponen. Roda kincir, dibuat dengan bahan besi beton polos diameter 8 mm yang dipotong sesuai ukuran dan ditekuk segi 8. Piringan rangka dibuat dengan bahan besi plat tebal 5 mm yang dipotong dengan bentuk segi 8 dan dibor bagian tengahnya sebagai tempat poros. Poros kincir dibuat menggunakan bahan besi pipa dengan  tebal  3,5  mm.  Salah  satu  ujung  poros  ditutup  dengan  plat  besi,  sedangkan  ujung poros yang lain disambung rumah rotary seal. Permukaan besi pipa bagian atas dilubangi menggunakan bor tangan kemudian disambung dengan nepel sebagai tempat menancapkan ujung selang spiral. Dudukan sudu dibuat dengan bahan besi plat tebal 5 mm. Bahan tersebut dipotong  dengan  ukuran  2  x  5  cm  sebanyak  56  buah.  Bagian  tengahnya  dibor  dengan diameter 5 mm sebagai tempat rivet. Dudukan selang dibuat dengan bahan besi beton polos diameter 8 mm. Bahan tersebut dipotong dengan ukuran panjang 6,5 cm sebanyak 32 buah. 2. Pembuatan penyangga kincir
Penyangga  kincir  dibuat  menggunakan  bahan  besi  siku 4  x  4  cm.  Bahan  tersebut dipotong  sesuai  ukuran  menggunakan  gerinda  tangan  kemudian  dirakit  menggunakan
https://kinematika.ulm.ac.id/index.php/kinematika
sambungan  las  dan  mur  baut.  Bagian  atas  penyangga  kincir  dilubangi  menggunakan  bor tangan sebagai dudukan bantalan ( bearing) dan rotary seal.
3. Pembuatan sudu ( blade)
Sudu  ( blade )  dibuat  menggunakan  bahan  plat  galvanis  tebal  0,4  mm.  Plat  tersebut dipotong sesuai ukuran menggunakan gerinda tangan kemudian ditekuk bagian tengah dan samping  supaya  lebih  kaku.  Bagian  tepi  sudu  dilubangi  dengan  diameter  5  mm menggunakan bor tangan sebagai tempat sambungan rivet.
4. Pengecatan
Cat  besi  diterapkan  pada  semua  komponen water  wheel untuk  melindungi  dan meningkatkan daya tahan besi, mencegah karat, dan menahan kondisi cuaca buruk. Selain itu,  lapisan  cat  dapat  memberikan  keindahan  yang  membuat  ornamen  besi  menarik. Penyangga  kincir  berwarna  biru,  rangka  roda  berwarna  merah,  dan  bilahnya  tidak  dicat karena terbuat dari bahan galvanis yang tahan terhadap air.

## 5. Perakitan spiral waterwheel pump
Setelah  semua  komponen  sudah  dibuat  dan  dicat,  tahap  terakhir  yaitu  perakitan. Rangka dan sudu dirakit menggunakan sambungan rivet. Penyangga, bantalan, dan rotary seal dirakit menggunakan sambungan mur dan baut. Sedangkan selang dirakit menggunakan kabel ties.

## Pengujian Spiral Waterwheel Pump
Proses pengujian dilakukan pada tanggal 30 Juni 2022 di sungai Sasak Tambong, desa Pakistaji, kecamatan Kabat. Hasil pengujian adalah sebagai berikut:
1. Putaran kincir
Pengukuran  putaran  kincir  dilakukan  menggunakan  alat  ukur digital  tachometer . Putaran kincir yang dihasilkan adalah sebesar 15,2 rpm dengan kecepatan aliran air 0,86 m/s dan  kedalaman  terendam  kincir  25  cm.  Proses  pengukuran  putaran  dapat  dilihat  pada Gambar 4.
Gambar 4. Pengukuran Putaran Kincir
2. Torsi kincir
Pengukuran dilakukan dengan metode prony brake dynamometer . Perlengkapan yang digunakan  adalah  timbangan  gantung  digital  untuk  mengukur  gaya.  Proses  pengukuran dapat dilihat pada Gambar 5.
https://kinematika.ulm.ac.id/index.php/kinematika

## Gambar 5. Pengukuran Gaya
Proses  pengukuran  gaya  (F)  dilakukan  menggunakan alat yang memiliki panjang tuas 0,15 m.  Data yang dihasilkan dari pengukuran tersebut dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Hasil pengukuran gaya No Hasil Pengukuran 1 6,770 kg 2 7,285 kg 3 5,765 kg 4 5,960 kg 5 6,545 kg
Hasil pengukuran diambil rata-rata dan didapatkan gaya sebesar 6,465 kg atau 63,357
N, sehingga torsi dapat dihitung sebagai berikut: T = F x r (12)
T = 63,357 x 0,15 T = 9,5 Nm
Keterangan T = torsi (Nm), F = Gaya (N), r = panjang tuas (m). Jadi, torsi kincir adalah sebesar 9,5 Nm.

## 3. Daya Kincir
Dari  data  yang  didapatkan  ketika  pengujian  putaran  dan  torsi,  besarnya  daya  yang dihasilkan kincir adalah sebagai berikut:
P out = T . 2.𝜋.𝑛 60 (13)
P out = 9,5 . 2 .π .15,2 60 P out = 15,11 watt Keterangan P = daya kincir (watt), T = torsi kincir (Nm), n = putaran kincir (rpm). Jadi, daya yang dihasilkan kincir adalah sebesar 15,11 watt.

## Perhitungan Efisiensi Undershot Waterwheel
Sebelum  menghitung  efisiensi undershot  waterwheel, harus  mengetahui  daya  input kincir. Besarnya daya input kincir dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut:
P in = 1 2 . ρ . A . 𝑣 3 (14)
P in = 1 2 . 1000 . 0,287 . 0,86 3
P in = 91,411 watt
https://kinematika.ulm.ac.id/index.php/kinematika
Keterangan P in = Daya input kincir atau daya air (Watt), ρ = massa jenis air (1000 kg/ 𝑚 3 ), A = luas sudu yang terendam (m 2 ), v = kecepatan aliran air (m/s). Jadi, daya input kincir atau daya air adalah sebesar 91,411 watt.
Setelah  mengetahui  daya  input  kincir,  efisiensi  kincir  dapat  dihitung  berdasarkan persamaan berikut:
ɛ = P out P in x 100%
(15)
ɛ = 15,11 91,411 x 100% ɛ = 16,54 %
Keterangan ɛ = efisiensi kincir (%), P out = daya output kincir atau daya kincir (watt), P in = daya input kincir atau daya air (watt). Jadi, efisiensi dari undershot waterwheel yang telah dibuat adalah sebesar 16,54 %. Nilai tersebut lebih kecil daripada pengujian yang telah dilakukan oleh Zhao [1] yang menghasilkan efisiensi maksimum 18,05 % karena kondisi saat pengujian mengalami perbedaan kecepatan aliran dan kedalaman sungai.

## KESIMPULAN

## Simpulan
Berdasarkan  perancangan  dan  pengujian  yang  telah  dilakukan,  dapat  diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Undershot waterwheel ini dibuat dengan ukuran diameter 1 m, lebar 1,15 m, dan luas sudu 0,459 m 2 . Rangka kincir dibuat dari bahan besi beton polos diameter 8 mm, sudu kincir  dibuat  dengan  bahan  plat  galvanis  tebal  0,4  mm,  sedangkan  penyangga  kincir dibuat dengan bahan besi siku L ukuran 4 x 4 cm. Dari hasil pengujian diperoleh putaran kincir 15,2 rpm dan menghasilkan daya sebesar 15,11 watt.
2. Poros kincir terbuat dari bahan pipa galvanis dengan ukuran diameter luar 33,8 mm dan tebal 3,2 mm yang menghasilkan torsi sebesar 9,5 Nm.
3. Berdasarkan  pengujian  yang  telah  dilakukan,  efisiensi  yang  dihasilkan undershot waterwheel sebesar 16,54 %.

## Saran
Beberapa saran untuk mengoptimalkan kinerja kincir sebagai berikut:
1. Pembuatan undershot waterwheel diperlukan adanya penambahan sistem apung supaya dapat bekerja secara konsisten saat kondisi kedalaman sungai berubah-ubah.
2. Pengukuran kecepatan aliran air sebaiknya dilakukan dari permukaan air sampai dasar sungai karena kecepatan aliran air pada tiap kedalaman nilainya berbeda.
3. Variasi dalam pengambilan data saat pengujian undershot waterwheel sebaiknya dibuat lebih banyak lagi dengan waktu pengambilan data yang lebih lama agar mendapatkan data yang lebih spesifik.

## REFERENSI
[1]  M. Zhao, Y. Zheng, C. Yang, Y. Zhang, and Q. Tang, “Performance investigation of the  immersed  depth  effects  on  a  water  wheel  using  experimental  and  numerical analyses,” Water (Switzerland) , vol. 12, no. 4, 2020, doi: 10.3390/W12040982.
[2] Helmizar and G. Muller, “The effect of using upper shroud on the performance of a breashoot  water  wheel,” J.  Phys.  Conf.  Ser. ,  vol.  1175,  no.  1,  2019,  doi: 10.1088/1742-6596/1175/1/012269.
[3] D. Sulistiono and D. Iswanda, “Optimasi unjuk kerja kincir air undershot,” vol. 14, no. 1, pp. 251–260, 2023, doi: 10.21776/jrm.v14i1.1239.
https://kinematika.ulm.ac.id/index.php/kinematika
[4] P.  L.  Thompson,  S.  Milonova,  M.  Reha,  F.  Mased,  and  I.  Tromble,  “Coil  Pump Design for a Community  Fountain in Zambia,” Int. J. Serv. Learn. Eng. Humanit. Eng. Soc. Entrep. , vol. 6, no. 1, pp. 33–45, 2011, doi: 10.24908/ijsle.v6i1.3217.
[5] Warjito, D. Adanta, Budiarso, and A. P. Prakoso, “The effect of bucketnumber on breastshot waterwheel performance,” IOP Conf. Ser. Earth Environ. Sci. , vol. 105, no. 1, 2018, doi: 10.1088/1755-1315/105/1/012031.
[6] J. Yohanes Morong, “Rancang Bangun Kincir Air Irigasi Sebagai Pembangkit Listrik di  Desa  Talawaan,” Kementeri.  Ris.  Teknol.  Dan  Pendidik.  Tinggi Politek.  Negeri Manad. , pp. 1–35, 2016.
[7] B. M. Hermawan et al. , “Studi Eksperimen Karakteristik Kinerja Kincir Air sebagai Pembangkit  Listrik  Skala  Mikrohidro,” J.  Rekayasa  Mesin ,  vol.  16,  no.  3,  p.  475, 2021, doi: 10.32497/jrm.v16i3.3088.
[8] A. Rahman and Kimin, “Pengaruh debit air terhadap kinerja kincir air,” J. Din. , vol.
2, no. 12, pp. 76–79, 2018, [Online]. Available:
http://ojs.ustj.ac.id/dinamis/article/download/94/60.
[9] M. Denny, “The efficiency of overshot and undershot waterwheels,” Eur. J. Phys. , vol. 25, no. 2, pp. 193–202, 2004, doi: 10.1088/0143-0807/25/2/006.